CN103644840A - 一种转角传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种转角传感器，通过设置有随转部件的第一齿轮与被测件同步转动，并带动与之啮合的第二齿轮转动；再通过感应装置检测随转部件的位置变化，生成并输出第一齿轮在一个周期内的转角信号，通过线性霍尔传感器检测设置于第二齿轮上的磁环的位置变化，生成并输出第二齿轮的转角信号；最后通过处理器接收第一齿轮在一个周期内的转角信号及第二齿轮的转角信号，并根据存储器存储的对应关系及预设关系生成并输出第一齿轮总转角信号；所述转角传感器只需两个齿轮与一个线性霍尔传感器，即可实现对被测件转动角度的测量及输出，随转部件与感应装置均可采用成本较低的器件，相比于现有技术器件成本明显降低。

Description

一种转角传感器

技术领域

本发明涉及检测装置技术领域，尤其涉及一种转角传感器。

背景技术

转角传感器是用来测量转动机构转动角度的传感器。如汽车方向盘转角传感器，测量方向盘转角，并将采集的信息提供给其他单元，作为控制器发出控制指令的输入信号。

目前，现有技术中普遍存在的转角传感器如图1所示，包括一个第一齿轮101、两个分别装有磁环的第二齿轮102及与所述磁环对应设置的两个线性霍尔传感器，由第一齿轮101带动两个第二齿轮102转动；当所述转角传感器应用于方向盘转角测量上时，第一齿轮101与方向盘转向管同步转动，两个第二齿轮102上的磁环跟随第二齿轮102一起转动，第二齿轮102下面的PCB板上的线性霍尔传感器能够检测到第二齿轮102上磁环所转过的角度，通过两个线性霍尔传感器的所测数据，可以计算出第一齿轮101所转过的角度，进而得出方向盘所转过的角度。

现有技术中的转角传感器包括三个齿轮及两个线性霍尔传感器，虽然能够实现对所述被测件转角的测量，但其生产所需器件较多，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种转角传感器，以解决现有技术成本较高的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种转角传感器，包括：

电路板；

设置有随转部件的第一齿轮，用于与被测件同步转动；

设置于所述电路板上、与所述第一齿轮上的随转部件相对应的感应装置，用于检测所述随转部件的位置，生成所述随转部件位置的变化信号，并根据所述随转部件位置的变化信号生成并输出所述第一齿轮在一个周期内的转角信号；

与所述第一齿轮啮合连接、且装有磁环的第二齿轮；

设置于所述电路板上、与所述第二齿轮上的磁环相对应的线性霍尔传感器，用于检测所述磁环的位置，生成所述磁环位置的变化信号，并根据所述磁环位置的变化信号生成并输出所述第二齿轮的转角信号；

设置于所述电路板上的存储器，用于存储所述第一齿轮在一个周期内的转角信号及所述第二齿轮的转角信号和所述第二齿轮所转圈数之间的对应关系、所述第一齿轮与第二齿轮之间的齿数比值，以及所述第二齿轮所转圈数、所述第二齿轮的转角信号、所述齿数比值与所述第一齿轮总转角信号之间的预设关系；

设置于所述电路板上、与所述存储器、感应装置及线性霍尔传感器相连的处理器，用于接收所述第一齿轮在一个周期内的转角信号及所述第二齿轮的转角信号，并将所述第一齿轮在一个周期内的转角信号及所述第二齿轮的转角信号根据所述对应关系及预设关系生成并输出所述第一齿轮总转角信号。

优选的，所述随转部件为分段弧形反光金属。

优选的，所述感应装置为光感元件。

优选的，所述弧形反光金属包括：

长度为所述第一齿轮圆周周长的六分之一的第一段弧形反光金属；

长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一的第二段弧形反光金属；

长度为所述第一齿轮圆周周长的三分之一的第三段弧形反光金属；

且所述第一段弧形反光金属与所述第二段弧形反光金属之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一，所述第二段弧形反光金属与所述第三段弧形反光金属之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一，所述第三段弧形反光金属与所述第一段弧形反光金属之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的四分之一。

优选的，所述光感元件包括四个光感元件，相邻的两个光感元件的中间点之间的距离为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一。

优选的，所述随转部件为磁环。

优选的，所述感应装置为霍尔传感器。

优选的，所述存储器内存储的所述第二齿轮所转圈数、所述第二齿轮的转角信号、所述齿数比值与所述第一齿轮总转角信号之间的预设关系为：θ=（i*360+β）/r；

其中，i为所述第二齿轮所转圈数，β为所述第二齿轮的转角信号，r为所述齿数比值，θ为所述第一齿轮总转角信号。

优选的，所述存储器内存储的所述第一齿轮与第二齿轮的齿数比值为：r=1.8；

其中，r为所述齿数比值。

优选的，所述第一齿轮与第二齿轮的材料均为塑料。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的转角传感器，通过设置有随转部件的第一齿轮与被测件同步转动，并带动与之啮合的第二齿轮转动；再通过所述感应装置检测所述随转部件的位置，生成并输出所述第一齿轮在一个周期内的转角信号，通过所述线性霍尔传感器检测设置于所述第二齿轮上的磁环的位置，生成并输出所述第二齿轮的转角信号；最后通过所述电路板上的处理器接收所述第一齿轮在一个周期内的转角信号及所述第二齿轮的转角信号，并根据存储于所述存储器内的所述对应关系及预设关系生成并输出所述第一齿轮总转角信号；所述转角传感器只需两个齿轮与一个线性霍尔传感器，即可通过上述过程实现对所述被测件转动角度的测量及输出，且所述随转部件与感应装置均可采用成本较低的器件，相比于现有技术中的三个齿轮与两个线性霍尔传感器，器件成本明显降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的转角传感器示意图；

图2为本发明实施例公开的转角传感器示意图；

图3为本发明另一实施例公开的第一齿轮示意图；

图4为本发明另一实施例公开的转角传感器示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种转角传感器，以解决现有技术成本较高的问题。

具体的，如图2所示，包括：

电路板100；

设置有随转部件的第一齿轮101；

设置于电路板100上、与第一齿轮101上的随转部件相对应的感应装置102；

与第一齿轮101啮合连接、且装有磁环的第二齿轮103；

设置于电路板100上、与第二齿轮103上的磁环相对应的线性霍尔传感器104；

设置于电路板100上的存储器；

设置于电路板100上、与感应装置102及线性霍尔传感器104相连的接收单元；

设置于电路板100上、与所述接收单元及存储器相连的处理器。

具体的工作原理为：

第一齿轮101与被测件同步转动，反映所述被测件的转动角度；感应装置102检测第一齿轮101上所述随转部件的位置，生成所述随转部件位置的变化信号，并根据所述随转部件位置的变化信号生成并输出第一齿轮101在一个周期内的转角信号；第二齿轮103与第一齿轮101啮合，线性霍尔传感器104检测第二齿轮103上所述磁环的位置，生成所述磁环位置的变化信号，并根据所述磁环位置的变化信号生成并输出第二齿轮103的转角信号；电路板100上的所述存储器存储第一齿轮101在一个周期内的转角信号及第二齿轮103的转角信号和第二齿轮103所转圈数之间的对应关系、第一齿轮101与第二齿轮103之间的齿数比值，以及第二齿轮103所转圈数、第二齿轮103的转角信号、所述齿数比值与第一齿轮101总转角信号之间的预设关系；电路板100上的处理器接收第一齿轮101在一个周期内的转角信号及第二齿轮103的转角信号，并根据所述对应关系及预设关系生成并输出第一齿轮101总转角信号，实现对所述被测件转动角度的测量及输出。

本实施例公开的转角传感器，通过设置有随转部件的第一齿轮101与被测件同步转动，并带动与之啮合的第二齿轮103转动；再通过感应装置102检测所述随转部件的位置，生成并输出第一齿轮101在一个周期内的转角信号，通过线性霍尔传感器104检测设置于第二齿轮103上的磁环的位置，生成并输出第二齿轮103的转角信号；最后通过电路板100上的所述处理器接收第一齿轮101在一个周期内的转角信号及第二齿轮103的转角信号，并根据存储于电路板100上所述存储器内的所述对应关系及预设关系生成并输出第一齿轮101总转角信号；所述转角传感器只需两个齿轮与一个线性霍尔传感器104，即可通过上述过程实现对所述被测件转动角度的测量及输出，且所述随转部件与感应装置均可采用成本较低的器件，相比于现有技术中的三个齿轮与两个线性霍尔传感器，器件成本明显降低。

优选的，所述随转部件为分段弧形反光金属；所述感应装置为光感元件。

具体的，所述弧形反光金属，如图3所示，包括：

长度为所述第一齿轮圆周周长的六分之一的第一段弧形反光金属201；

长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一的第二段弧形反光金属202；

长度为所述第一齿轮圆周周长的三分之一的第三段弧形反光金属203；

且第一段弧形反光金属201与第二段弧形反光金属202之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一，第二段弧形反光金属202与第三段弧形反光金属203之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一，第三段弧形反光金属203与第一段弧形反光金属201之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的四分之一；

所述光感元件包括四个光感元件，相邻的两个光感元件的中间点之间的距离为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一。

具体的工作原理为：

关于上述三段弧形反光金属的长度及所述光感元件示意如图4所示；所述光感元件固定于电路板100上，第一齿轮101随被测件一起转动，这时，第一齿轮101上的所述弧形反光金属可能是有金属部分正对所述光感元件，也可能是无金属部分（被切割区域）正对着所述光感元件。假设预定义所述光感元件接收到返回光线的位为1，不能接受到反射光线的位为0，这样四个光感元件，在第一齿轮101转动一圈中会有不同的编码出现，所述编码即为第一齿轮101在一个周期内的所述转角信号。

以图4所示为例，将所述第一齿轮圆周周长划分成12份，图4中阴影部分所示位置为1位，空白部分所示位置为0位；假设图4中所示位置为被测件未转动时的初始位置，第一齿轮101与第二齿轮103的齿数比值r=1.8，那么第一齿轮101顺时针转动时，第一齿轮101在一个周期内的转角信号及第二齿轮103的转角信号和第二齿轮103所转圈数之间的对应关系如下面表1所示：

表1第一齿轮在一个周期内的转角信号及第二齿轮转角信号和第二齿轮所转圈数之间的对应关系

需要说明的是，由于第二齿轮103上的磁环是以360°为转动周期，所以，线性霍尔传感器104只能读出360°范围以内的数据；比如，当第二齿轮103转了361°时，线性霍尔传感器104给出的读书β是1°。同时，对应每一个编码，由于阴影部分和空白部分都是以所述第一齿轮101圆周周长的十二分之一为最小单位的，也就是说，第一齿轮101在一定转角范围内，其出现的编码都是同一个；但是线性霍尔传感器104给出的读书β是连续量，因此对应同一个第一齿轮101编码值，线性霍尔传感器104的读数β却不是唯一的，也即，每种编码情况下，对应线性霍尔传感器104的读数β是一个区间，如表1中第三列所示。

观察表1，可以看出，第一齿轮101编码值每12个一个周期，而第二齿轮103的线性霍尔传感器104的读数β是每20个一个周期，也就是说当第一齿轮101编码值变化5个周期时，第二齿轮103的线性霍尔传感器104的读数β对应变化3个周期；如果第一齿轮101继续转动，表1数据将会全部重复；以上数据说明，以所述第一齿轮101圆周周长的十二分之一为最小单位配置所述随转部件及感应装置，所述转角传感器最大只能测量被测件转动5圈的范围。在实际的应用中，所述随转部件及感应装置还可以以所述第一齿轮101圆周周长的其他百分比数为最小单位进行配置，对其长度及个数均不作限定，使得所述转角传感器测量被测件转动范围最大值可以根据实际需要而变化。

实际工作时，比如某一时刻，被测件带动第一齿轮101处于一个确定位置，这时根据所述光感元件提供的第一齿轮101在一个周期内的所述转角信号，一定能够得出一个编码，同时线性霍尔传感器104也能得到一个第二齿轮103转角信号读数β。根据所述编码和线性霍尔传感器104的读数β，对应表1中的对应关系，就能得出此时第二齿轮103所转圈数i，得到第二齿轮103所转圈数i后，就可以通过所述预设关系θ=（i*360+β）/r，得到第一齿轮101总转角信号θ，实现对所述被测件转动角度的测量及输出。

当所述随转部件为分段弧形反光金属时，第一齿轮101的其他构成材料及第二齿轮103仍可采用塑料，不会增加原料成本；而且此时所述感应装置为光感元件，其价格相对于线性霍尔传感器低很多，这样能够大大降低产品的成本。

另外的，所述随转部件也可以为磁环，对应的，所述感应装置为霍尔传感器。并且，当随转部件为磁环时，对于所述霍尔传感器的选用不作具体限定，所述感应装置可以采用线性霍尔传感器，也可以采用位置霍尔传感器；当所述感应装置采用位置霍尔传感器时，其成本远远低于现有技术中所采用的线性霍尔传感器；即便所述感应装置采用线性霍尔传感器，其成本也低于现有技术中三个齿轮与两个线性霍尔传感器的器件成本。其具体的工作原理与上述实施例的区别仅在于，所述霍尔传感器得到的所述第一齿轮在一个周期内的转角信号与上述编码形式不同，但其工作原理相同，此处不再赘述。所述随转部件及感应装置的选用也可以根据具体的实际应用而定。

本实施例内其余的特征及具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种转角传感器，其特征在于，包括：

电路板；

设置有随转部件的第一齿轮，用于与被测件同步转动；

设置于所述电路板上、与所述第一齿轮上的随转部件相对应的感应装置，用于检测所述随转部件的位置，生成所述随转部件位置的变化信号，并根据所述随转部件位置的变化信号生成并输出所述第一齿轮在一个周期内的转角信号；

与所述第一齿轮啮合连接、且装有磁环的第二齿轮；

设置于所述电路板上、与所述第二齿轮上的磁环相对应的线性霍尔传感器，用于检测所述磁环的位置，生成所述磁环位置的变化信号，并根据所述磁环位置的变化信号生成并输出所述第二齿轮的转角信号；

设置于所述电路板上的存储器，用于存储所述第一齿轮在一个周期内的转角信号及所述第二齿轮的转角信号和所述第二齿轮所转圈数之间的对应关系、所述第一齿轮与第二齿轮之间的齿数比值，以及所述第二齿轮所转圈数、所述第二齿轮的转角信号、所述齿数比值与所述第一齿轮总转角信号之间的预设关系；

设置于所述电路板上、与所述存储器、感应装置及线性霍尔传感器相连的处理器，用于接收所述第一齿轮在一个周期内的转角信号及所述第二齿轮的转角信号，并将所述第一齿轮在一个周期内的转角信号及所述第二齿轮的转角信号根据所述对应关系及预设关系生成并输出所述第一齿轮总转角信号。

2.根据权利要求1所述的转角传感器，其特征在于，所述随转部件为分段弧形反光金属。

3.根据权利要求1所述的转角传感器，其特征在于，所述感应装置为光感元件。

4.根据权利要求2所述的转角传感器，其特征在于，所述弧形反光金属包括：

长度为所述第一齿轮圆周周长的六分之一的第一段弧形反光金属；

长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一的第二段弧形反光金属；

长度为所述第一齿轮圆周周长的三分之一的第三段弧形反光金属；

且所述第一段弧形反光金属与所述第二段弧形反光金属之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一，所述第二段弧形反光金属与所述第三段弧形反光金属之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一，所述第三段弧形反光金属与所述第一段弧形反光金属之间相距长度为所述第一齿轮圆周周长的四分之一。

5.根据权利要求3所述的转角传感器，其特征在于，所述光感元件包括四个光感元件，相邻的两个光感元件的中间点之间的距离为所述第一齿轮圆周周长的十二分之一。

6.根据权利要求1所述的转角传感器，其特征在于，所述随转部件为磁环。

7.根据权利要求6所述的转角传感器，其特征在于，所述感应装置为霍尔传感器。

8.根据权利要求1所述的转角传感器，其特征在于，所述存储器内存储的所述第二齿轮所转圈数、所述第二齿轮的转角信号、所述齿数比值与所述第一齿轮总转角信号之间的预设关系为：θ=（i*360+β）/r；

其中，i为所述第二齿轮所转圈数，β为所述第二齿轮的转角信号，r为所述齿数比值，θ为所述第一齿轮总转角信号。

9.根据权利要求1所述的转角传感器，其特征在于，所述存储器内存储的所述第一齿轮与第二齿轮的齿数比值为：r=1.8；

其中，r为所述齿数比值。

10.根据权利要求1所述的转角传感器，其特征在于，所述第一齿轮与第二齿轮的材料均为塑料。

Images